RU2005564C1

RU2005564C1 - Powder grinding and classification apparatus

Info

Publication number: RU2005564C1
Authority: RU
Inventors: А.Т. Росляк; В.К. Никульчиков; А.А. Ананьев; П.Н. Зятиков; А.А. Быков
Original assignee: Росляк Александр Тихонович
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: fine material classification equipment. SUBSTANCE: material is fed into grinding chamber by ejector under the action of compressed air exiting from nozzles material particles collide one with the other and as a result are subjected to grinding. Then powdered material is supplied to centrifugal separation rotor entrance. Major portion of air flow passes through space between rotor and discharge branch pipe into grinding chamber. It prevents large particles from getting into small fraction branch pipe. The remaining portion of air flow is delivered into inner cavities of columns and into openings and entrains large particles into grinding chamber. Small fraction is discharged through branch pipe to cyclone dust separator. Separated material containing large particles is repeatedly fed into grinding chamber through branch pipe and ejector. Atomized powder material is collected in hopper. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике классификации высокодисперсных материалов, склонных к агломерации, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства, связанных с переработкой порошкообразных материалов. The invention relates to techniques for the classification of highly dispersed materials, prone to agglomeration, and can be used in all areas of the economy associated with the processing of powdered materials.

Известно устройство для струйного измельчения порошкообразных материалов, включающее помольную камеру с установленными в ней друг против друга соплами, два последовательно установленных классификатора, циклонный пылеразделитель. A device for jet grinding of powder materials is known, including a grinding chamber with nozzles installed therein, two classifiers in series, a cyclone dust separator.

Недостатком данного устройства является низкое качество разделения порошкообразного материала за счет взаимного засорения выделяемых фракций, невозможность получения фракций порошка менее 10 мкм вследствие затрудненности возврата порошков с размерами частиц порядка 10 мкм в камеру измельчения. The disadvantage of this device is the low quality of the separation of the powdered material due to the mutual clogging of the separated fractions, the inability to obtain powder fractions of less than 10 μm due to the difficulty of returning powders with particle sizes of about 10 μm into the grinding chamber.

Известно устройство для реализации способа пневматической сепарации порошкообразных материалов, выбранное в качестве прототипа, включающее бункер с конусным сборником, блок центробежной сепарации в виде установленного в бункере ротора со сквозными радиальными полостями и привода вращения ротора, трубу ввода материала в ротор, соосно установленную под ротором, патрубки загрузки исходного материала в бункер и выгрузки крупной и мелкой фракций, пылеотделитель, сообщенный с патрубком выгрузки мелкой фракции. Устройство снабжено питающими эжектором с блоком дезинтеграции, установленным между дном конусного сборника и входом в трубу ввода материала в ротор, и разделительными пластинами, установленными взаимно перпендикулярно в трубе ввода параллельно ее продольной оси, при этом патрубок загрузки исходного материала установлен в верхней части бункера, а патрубок выгрузки мелкой фракции установлен соосно с ротором и сообщен с его сквозными радиальными полостями, причем питающий эжектор выполнен в виде сопла, соосно установленного в дне конусного сборника и приемного конусного патрубка, установленного на входе в трубу ввода материала в ротор и обращенного большим основанием к соплу, при этом в раструбе соосно установлен конусный ограничитель с возможностью фиксированного продольного перемещения. A device for implementing the method of pneumatic separation of powdered materials, selected as a prototype, including a hopper with a conical collector, a centrifugal separation unit in the form of a rotor installed in the hopper with through radial cavities and a rotor rotation drive, a material input pipe into the rotor coaxially mounted under the rotor, nozzles for loading raw material into the hopper and for unloading coarse and fine fractions, a dust separator in communication with a nozzle for unloading fine fractions. The device is equipped with a feeding ejector with a disintegration unit installed between the bottom of the conical collector and the entrance to the material input pipe into the rotor, and separation plates installed mutually perpendicular to the input pipe parallel to its longitudinal axis, while the source material loading pipe is installed in the upper part of the hopper, and the fine fraction discharge pipe is installed coaxially with the rotor and communicated with its through radial cavities, and the feed ejector is made in the form of a nozzle coaxially mounted in the bottom of the cone of the collector and the receiving cone pipe installed at the inlet to the material input pipe into the rotor and facing the nozzle with a large base, and a conical limiter with the possibility of fixed longitudinal movement is coaxially mounted in the socket.

Недостатками устройства является следующее. Весь материал, в том числе и крупный, из нижней конусообразной части подается в зону разделения, что увеличивает вероятность проникновения крупных частиц в мелкую фракцию. Отсутствие возможности регулировки окружных и радиальных скоростей газа в зоне разделения приводит к тому, что по высоте зоны компоненты скорости несущего газового потока распределены неравномерно. В данном случае максимальный расход несущей среды (максимальное значение радиальной компоненты вектора скорости несущей среды) наблюдается вблизи верхней части ротора (место отсоса газа из зоны разделения). Вследствие превалирующего действия аэродинамической силы в этой локальной части зоны разделения наблюдается вынос крупных частиц и засорение мелкой фракции. При интенсификации режимных параметров между внутренним и внешним набором дисков возникает тороидальное вихревое движение несущей среды, вследствие чего неравномерность поля скоростей еще более усиливается и эффективность классификации понижается. Недостатком устройства является периодичность его работы, износ перегородок и разгонной трубы, конусного отражателя при циркуляционном движении материала. Наличие множества уплотнений (подшипниковый узел, место стыковки вращающейся горловины классификатора с неподвижным корпусом) приводит к необходимости использования мощных приводов (0,2-0,5 кВт), потребляющих большое количество электроэнергии, с малым числом оборотов (менее 10 000 об. /мин). Следовательно, интенсифицировать процесс разделения частиц также очень сложно из-за конструктивных ограничений. The disadvantages of the device is the following. All material, including large, from the lower cone-shaped part is fed into the separation zone, which increases the likelihood of large particles penetrating into the fine fraction. The inability to adjust the circumferential and radial velocities of the gas in the separation zone leads to the fact that the velocity components of the carrier gas flow are unevenly distributed along the height of the zone. In this case, the maximum flow rate of the carrier medium (the maximum value of the radial component of the velocity vector of the carrier medium) is observed near the upper part of the rotor (the place of gas suction from the separation zone). Due to the prevailing action of aerodynamic force in this local part of the separation zone, the removal of large particles and clogging of the fine fraction are observed. When the operational parameters are intensified between the internal and external set of disks, a toroidal vortex motion of the carrier medium occurs, as a result of which the velocity field non-uniformity is further enhanced and the classification efficiency decreases. The disadvantage of this device is the frequency of its operation, the wear of partitions and an acceleration pipe, a conical reflector during the circulation movement of the material. The presence of many seals (bearing assembly, docking point of the rotating neck of the classifier with a fixed housing) necessitates the use of powerful drives (0.2-0.5 kW), consuming a large amount of electricity, with a low number of revolutions (less than 10,000 rpm ) Therefore, to intensify the process of separation of particles is also very difficult due to design limitations.

Цель изобретения - повышение эффективности измельчения и выделения мелких частиц из помольной камеры за счет интенсификации силового воздействия на частицы и регулировки центробежных и аэродинамических сил на входе в ротор сепаратора. The purpose of the invention is to increase the efficiency of grinding and separation of small particles from the grinding chamber due to the intensification of the force effect on the particles and the adjustment of centrifugal and aerodynamic forces at the entrance to the separator rotor.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измельчения и классификации высокодисперсных материалов, включающем помольную камеру с эжектором, блок центробежной сепарации крупных частиц, установлены в корпусе с выходным патрубком, пылеотделитель, фильтр, блок центробежной сепарации выполнен в виде горизонтального полого цилиндрического ротора с параллельными оси вращения окнами на боковой поверхности, стойки между окнами выполнены пустотелыми, внутренние полости стоек посредством отверстий вдоль образующей ротора сообщаются с внешней средой, один торец ротора консольно закреплен на валу, а другой выполнен в виде кольца со сквозными отверстиями во внутренние полости стоек и установлен с зазором менее 0,03 мм против выходного патрубка, в кольце и в выходном патрубке друг против друга выполнены кольцевые каналы, причем канал выходного патрубка соединен с источником сжатого газа, в помольной камере установлены соединенные с источником сжатого воздуха сопла, пылеотделитель выполнен из последовательно установленных циклонов грубой и тонкой очистки, а эжектор помольной камеры выполнен с камерой, пневматически связанной с бункером циклона грубой очистки и с патрубком питателя, погруженным в слой псевдоожиженного исходного порошкообразного материала. This goal is achieved by the fact that in the proposed device for grinding and classification of highly dispersed materials, including a grinding chamber with an ejector, a centrifugal separation unit for large particles, are installed in a housing with an outlet pipe, a dust separator, a filter, a centrifugal separation unit is made in the form of a horizontal hollow cylindrical rotor with parallel to the axis of rotation of the windows on the side surface, the racks between the windows are hollow, the internal cavity of the racks through holes along the generatrix the rotors communicate with the external environment, one end of the rotor is cantilevered on the shaft, and the other is made in the form of a ring with through holes in the internal cavities of the uprights and is installed with a gap of less than 0.03 mm against the outlet pipe, made in the ring and in the outlet pipe against each other ring channels, and the channel of the outlet pipe is connected to a source of compressed gas, nozzles connected to a source of compressed air are installed in the grinding chamber, the dust separator is made of coarse and fine filters installed in series webs, and the ejector of the grinding chamber is made with a chamber pneumatically connected to the rough cyclone hopper and with a feeder nozzle immersed in a bed of fluidized initial powdery material.

Использование роторов с лопастями известно в технических решениях, в которых они применяются для закрутки пылегазового потока в объеме зоны разделения. The use of rotors with blades is known in technical solutions in which they are used to swirl the dust and gas flow in the volume of the separation zone.

Недостатком известных устройств является то, что уровень центробежной и аэродинамической сил по высоте сепарационного элемента не регулируется. A disadvantage of the known devices is that the level of centrifugal and aerodynamic forces along the height of the separation element is not adjustable.

Сопоставительный анализ показывает, что новыми решениями по сравнению с прототипом и известными техническими решениями является выполнение блока центробежной сепарации в виде горизонтально расположенного цилиндрического ротора с окнами на боковой поверхности, параллельными оси вращения, с пустотелыми стойками между окнами, которые посредством отверстий вдоль образующей ротора сообщаются с внешней средой. Один торец камеры закреплен на валу ротора, а другой, выполненный в виде кольца со сквозными отверстиями во внутренние полости стоек, через зазор 0,03 мм с неподвижным корпусом соединен с источником сжатого газа. Эжекторная камера помольной камеры пневматически связана с бункером циклона грубой очистки и с патрубком питателя, погруженным в слой псевдоожиженного исходного порошкообразного материала. Comparative analysis shows that new solutions in comparison with the prototype and known technical solutions is the implementation of a centrifugal separation unit in the form of a horizontally arranged cylindrical rotor with windows on the side surface parallel to the axis of rotation, with hollow pillars between the windows that communicate with the holes along the rotor generatrix the external environment. One end of the chamber is mounted on the rotor shaft, and the other, made in the form of a ring with through holes in the internal cavities of the struts, is connected to a source of compressed gas through a gap of 0.03 mm with a fixed housing. The ejector chamber of the grinding chamber is pneumatically connected to the coarse cyclone hopper and to the feeder nozzle immersed in a bed of fluidized source powder material.

Предлагаемое устройство обладает новизной и несколькими преимуществами по сравнению с прототипом и известными техническими решениями. The proposed device has novelty and several advantages compared to the prototype and well-known technical solutions.

Подача сжатого газа в пустотелые перфорированные стойки между окнами позволяет создать равномерные профили окружной и радиальной компонент вектора скорости несущей среды на периферии ротора, так как в месте отсоса несущей среды (области зоны разделения, близкой к выходному патрубку) создается большее гидравлическое сопротивление, которое затем падает по длине стойки и является минимальным у консольного торца сепарационной камеры. The supply of compressed gas to the hollow perforated racks between the windows allows you to create uniform profiles of the circumferential and radial components of the velocity vector of the carrier medium on the periphery of the rotor, since in the place of suction of the carrier medium (region of the separation zone close to the outlet pipe) greater hydraulic resistance is created, which then drops along the length of the rack and is minimal at the cantilever end of the separation chamber.

Вывод части несущей среды через отверстия вдоль образующей ротора из внутренней полости стоек вращающегося цилиндрического ротора способствует закрутке несущей среды с большей окружной скоростью по сравнению с известным лопаточным ротором, т. е. интенсифицирует действие центробежной силы и увеличивает эффект отделения крупных частиц. The withdrawal of a part of the carrier medium through holes along the generatrix of the rotor from the inner cavity of the uprights of the rotating cylindrical rotor contributes to the spinning of the carrier medium at a higher peripheral speed compared to the known blade rotor, i.e., it intensifies the action of centrifugal force and increases the effect of separation of large particles.

Подача сжатого газа в пустотелые стойки через зазор между вращающейся цилиндрической камерой и неподвижным корпусом позволяет выполнить дополнительную функцию - удалить частицы из зазора, т. е. ликвидировать уплотнения. Благодаря этому в качестве приводов можно использовать маломощные (0,08 л. с. ) миниатюрные пневмоприводы со скоростью вращения в диапазоне 15000-50000 об. /мин. Следствием является значительная интенсификация процесса отделения крупных частиц. The supply of compressed gas to the hollow racks through the gap between the rotating cylindrical chamber and the stationary body allows you to perform an additional function - to remove particles from the gap, i.e., to eliminate seals. Due to this, low-power (0.08 hp) miniature pneumatic drives with a rotation speed in the range of 15,000-50000 rpm can be used as drives. / min The consequence is a significant intensification of the process of separation of large particles.

Вследствие горизонтального расположения ротора закрутка несущей среды в объеме зоны разделения осуществляется в вертикальной плоскости. За счет этого крупные частицы, выделившиеся из помольной камеры потоками газа, вводятся центробежной силой повторно непосредственно в зону измельчения и не приближаются к периферии ротора. Due to the horizontal location of the rotor, the spinning of the carrier medium in the volume of the separation zone is carried out in a vertical plane. Due to this, large particles released from the grinding chamber by gas flows are injected again by centrifugal force directly into the grinding zone and do not approach the periphery of the rotor.

Ввод и вывод материала осуществляется непрерывно. Input and output of material is carried out continuously.

На чертеже показано предлагаемое устройство, общий вид. The drawing shows the proposed device, General view.

Устройство включает корпус 1, блок 2 центробежной сепарации крупных частиц, установленный в корпусе 1, выходной патрубок 3. Блок 2 выполнен в виде горизонтально расположенного цилиндрического ротора с окнами 4 на боковой поверхности, параллельными оси вращения. Стойки 5 между окнами 4 выполнены пустотелыми. Внутренние полости 6 стоек 5 посредством отверстий 7 вдоль образующей ротора сообщаются с внешней средой. Один торец блока 2 выполнен глухим и закреплен на валу, соединенным с пневмоприводом 8. Другой торец выполнен в виде кольца 9 со сквозными отверстиями во внутренние полости 6 стоек 5 и установлен с зазором мене 0,03 мм против выходного патрубка. В выходном патрубке 3 напротив кольца 9 выполнен кольцевой канал 10, соединенный с источником сжатого газа. В нижней части корпуса 1 расположена помольная камера 11 с установленными в ней соплами 12 и эжекторной камерой 13. Выходной патрубок 3 связан с циклонными пылеотделителями грубой 14 и тонкой 15 очистки и фильтром 16, соединенными последовательно. Полученный высокодисперсный материал собирается в приемном бункере 17. Эжекторная камера 13 помольной камеры 11 пневматически связана трубопроводом 18 с бункером циклона грубой очистки 14 и с патрубком 19 питателя 20, погруженным в слой псевдоожиженного исходного порошкообразного материала 21. The device includes a housing 1, a centrifugal separation unit for large particles installed in the housing 1, an outlet pipe 3. Block 2 is made in the form of a horizontally arranged cylindrical rotor with windows 4 on the side surface parallel to the axis of rotation. Racks 5 between the windows 4 are made hollow. The inner cavity 6 of the uprights 5 through the holes 7 along the generatrix of the rotor are in communication with the external environment. One end face of block 2 is made blind and mounted on a shaft connected to the pneumatic actuator 8. The other end face is made in the form of a ring 9 with through holes in the internal cavities 6 of the uprights 5 and is installed with a gap of less than 0.03 mm against the outlet pipe. In the outlet pipe 3 opposite the ring 9 there is an annular channel 10 connected to a source of compressed gas. In the lower part of the housing 1, there is a grinding chamber 11 with nozzles 12 and an ejector chamber 13 installed in it. The outlet pipe 3 is connected to coarse 14 and fine 15 cyclone dust separators and a filter 16 connected in series. The obtained fine material is collected in the receiving hopper 17. The ejector chamber 13 of the grinding chamber 11 is pneumatically connected by a pipe 18 to the coarse cyclone hopper 14 and to the nozzle pipe 19 of the feeder 20 immersed in a bed of fluidized source powder material 21.

Регулировка подаваемого сжатого воздуха осуществляется редукторами 22 и 23 давления газа. The adjustment of the supplied compressed air is carried out by gas pressure reducers 22 and 23.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Исходный порошкообразный материал 21 из бункера 20 посредством эжекционного эффекта через эжекторную камеру 13 подается в помольную камеру 11. Через сопла 12 в помольную камеру подается сжатый воздух. В помольной камере за счет встречно направленных потоков воздуха и взаимных соударений частиц происходит измельчение порошкообразного материала. После этого порошок поступает к входу в ротор блока центробежного сепаратора. В связи с тем, что кольцевой канал 10 соединен с источником сжатого газа, воздушный поток, подаваемый в кольцеобразную полость, перераспределяют следующим образом. Часть воздушного потока выходит через зазор, равный 0,03 мм, в помольную камеру и препятствует проникновению частиц из помольной камеры в патрубок мелкой фракции. Это способствует повышению эффективности разделения и устраняет возможность заклинивания ротора. Выполнение зазора большим чем 0,03 мм делает его недостаточно эффективным из-за необходимости подачи значительного расхода газа. The starting powder material 21 from the hopper 20 is supplied through the ejector chamber 13 to the grinding chamber 11 through an ejection effect. Through the nozzles 12, compressed air is supplied to the grinding chamber. In the grinding chamber due to counter-directed air flows and mutual collisions of particles, the grinding of powder material occurs. After that, the powder enters the rotor of the centrifugal separator block. Due to the fact that the annular channel 10 is connected to a source of compressed gas, the air flow supplied to the annular cavity is redistributed as follows. Part of the air flow exits through a gap of 0.03 mm into the grinding chamber and prevents the penetration of particles from the grinding chamber into the fine fraction pipe. This improves separation efficiency and eliminates the possibility of jamming of the rotor. The gap is greater than 0.03 mm makes it not effective enough due to the need to supply a significant gas flow.

Большая часть воздушного потока поступает во внутренние полости 6 стоек 5 и отверстия 7. Скорость струй, вытекающих из отверстий 7, по мере приближения к консольному торцу камеры сепаратора уменьшается. Максимальная скорость истечения воздуха из отверстия 7 наблюдается вблизи выходного патрубка, т. е. в месте, где в отсутствии дополнительно вдуваемых потоков наблюдается максимальный расход газа. Так как из-за истечения газа с большой скоростью из отверстий 7 вблизи выходного патрубка создается большое гидравлическое сопротивление, это приводит к лучшему и более качественному распределению радиальной скорости по всему сечению цилиндрической камеры. Это устраняет возможность проникновения крупных частиц в мелкую фракцию. Так как истечение из отверстий 7 осуществляется из вращающейся камеры, на входе в нее значительно повышаются окружные скорости газа. Это увеличивает "отбойный" эффект для крупных частиц. Most of the air flow enters the internal cavities 6 of the uprights 5 and the openings 7. The speed of the jets flowing from the openings 7 decreases as they approach the cantilever end of the separator chamber. The maximum rate of air flow from the opening 7 is observed near the outlet pipe, i.e., in a place where, in the absence of additionally injected flows, the maximum gas flow rate is observed. Since due to the outflow of gas at high speed from the openings 7, a large hydraulic resistance is created near the outlet pipe, this leads to a better and better distribution of the radial velocity over the entire cross section of the cylindrical chamber. This eliminates the possibility of large particles penetrating into the fine fraction. Since the outflow from the holes 7 is carried out from a rotating chamber, at the entrance to it, the peripheral gas velocities increase significantly. This increases the “fender” effect for large particles.

После разделения в центробежном сепараторе крупная фракция порошка выделяется в помольную камеру 11 на доизмельчение. Мелкая фракция через выходной патрубок 3 выносится к циклонному пылеотделителю 14 грубой очистки. Выделившаяся часть материала из бункера циклона 14 через патрубок 18 и эжекторную камеру 13 вновь подается в помольную камеру 11. Оставшийся в воздушном потоке высокодисперсный порошкообразный материал улавливается в циклоне 15 тонкой очистки и скапливается в приемном бункере 17. Для окончательной очистки воздуха служит керамический фильтр 16. After separation in a centrifugal separator, a large fraction of the powder is allocated to the grinding chamber 11 for regrinding. Fine fraction through the outlet pipe 3 is carried out to the cyclone dust separator 14 rough cleaning. The released part of the material from the cyclone hopper 14 through the pipe 18 and the ejector chamber 13 is again fed into the grinding chamber 11. The fine powder material remaining in the air stream is captured in the fine cyclone 15 and accumulated in the receiving hopper 17. A ceramic filter 16 is used for the final air purification.

Технико-экономические преимущества изобретения по сравнению с прототипом состоят в повышении эффективности классификации на 10-12% в диапазоне размеров частиц менее 5 мкм. (56) Авторское свидетельство СССР N 155087, кл. B 02 C 19/06, 1962. Technical appraisal and economic advantages of the invention compared to the prototype consist in increasing the classification efficiency by 10-12% in the range of particle sizes less than 5 microns. (56) Copyright certificate of the USSR N 155087, cl. B 02 C 19/06, 1962.

Авторское свидетельство СССР N 1273193, кл. B 07 B 7/083, 1985. USSR copyright certificate N 1273193, cl. B 07 B 7/083, 1985.

Claims

DEVICE FOR GRINDING AND CLASSIFICATION OF POWDERS, including a housing with a grinding chamber with an ejector located in its lower part, mounted on a shaft in the upper part of the housing to rotate a centrifugal separation unit, inlet connected to the housing, a loading nozzle and an outlet nozzle connected to a dust separator with a filter, characterized the fact that, in order to increase the efficiency of separation of small particles from the grinding chamber due to the intensification of the force effect on the particles and adjustment of centrifugal and aerodynamic forces, it is equipped with nozzles installed in the grinding chamber and connected to a compressed air source, while the centrifugal separation unit is made in the form of a horizontal hollow cylindrical rotor with windows parallel to the axis of rotation on the side surface and hollow racks between the windows with cavities communicating with the internal volume of the case by means of holes made in the walls of the cylindrical rotor, the rotor is cantilevered at one end to the shaft, the second end is made open with an annular channel, communicated m with holes in the walls of the rotor, and is located with a gap of less than 0.03 mm opposite the annular channel made in the outlet pipe and connected to the compressed air source, the dust separator is made of sequentially installed rough and fine cyclones, and the ejector is made with a pneumatically connected chamber with a rough cyclone hopper and with a loading nozzle immersed in a bed of fluidized material.